DE19710414A1 - Method to determine airborne noise in vehicle passenger space resulting from travel - Google Patents
Method to determine airborne noise in vehicle passenger space resulting from travelInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung des Luftschallanteiles eines im Fahrbetrieb entstehenden Schallfeldes im Fahrgastraum eines Kraftfahrzeuges.The invention relates to a method for determining the proportion of airborne noise of a sound field in the passenger compartment arising during driving operation Motor vehicle.
Im Fahrbetrieb entsteht im Fahrgastraum eines Kraftfahrzeuges ein Gesamt-Schallfeld, das insbesondere hörbare Störgeräusche im Fahrgastraum ver ursacht. Dieses Gesamt-Schallfeld entsteht durch die Überlagerung einer Vielzahl einzelner Schallanteile, die sich insbesondere in zwei Wirkungs klassen einteilen lassen, nämlich in den Luftschallanteil und den Körper schallanteil. Der Körperschallanteil entsteht insbesondere durch Vibrationen des Antriebsstranges, während der Luftschallanteil der Anteil des Gesamt-Schallfeldes ist, der von außerhalb des Kraftfahrzeuges in den Fahr gastraum eindringt. Die Maßnahmen zur Dämmung der Körperschallanteile unterscheiden sich demnach von den Maßnahmen zur Dämmung der Luft schallanteile. Beispielsweise werden die Körperschallanteile durch Ände rungen des mechanischen Übertragungsverhaltens des Antriebsstranges oder durch die Änderung der Lagersteifigkeiten gedämmt. Die Dämmung der Luftschallanteile wird insbesondere durch Dämmaterialien zur Verhinderung von Leckagen oder zur Reduzierung der Transmissibilität der Karosserie erreicht. Um die Auswirkungen der einzelnen Maßnahmen auf die jeweiligen Schallanteile gezielter untersuchen zu können, müssen die Körperschallan teile und die Luftschallanteile getrennt erfaßbar sein.When driving, a occurs in the passenger compartment of a motor vehicle Total sound field, which ver particularly audible noise in the passenger compartment causes. This overall sound field is created by superimposing one Large number of individual sound components, which in particular result in two effects Classify, namely in the airborne sound component and the body sound component. The structure-borne noise component is particularly caused by vibrations of the drive train, while the airborne sound component is the component of the Total sound field is that from outside the motor vehicle in the driving guest room penetrates. The measures for the insulation of structure-borne noise therefore differ from the measures for insulating the air sound components. For example, the structure-borne noise components are changed mechanical transmission behavior of the drive train or insulated by changing the bearing stiffness. The insulation of the Airborne noise is prevented in particular by insulating materials of leaks or to reduce the transmissibility of the body reached. To see the impact of each measure on each The structure-borne noise must be able to examine sound components in a more targeted manner parts and the airborne sound components can be recorded separately.
Insbesondere die Bestimmung des Luftschallanteiles eines im Fahrbetrieb entstehenden Schallfeldes im Fahrgastraum wird bei bekannten Verfahren nur mit sehr hohem Aufwand erreicht. Bei einem bekannten Verfahren wird die Bestimmung des Luftschallanteils durch Eliminierung des Körper schallanteils erreicht, indem der Antriebsstrang fremdgelagert wird. Dieses Verfahren ist jedoch nicht nur sehr aufwendig, sondern birgt die Gefahr be trächtlicher Meßfehler in sich, da das ursprüngliche Schwingungsverhalten des Fahrzeuges erheblich beeinflußt wird.In particular the determination of the proportion of airborne sound during driving resulting sound field in the passenger compartment is in known methods only achieved with a great deal of effort. In a known method the determination of the airborne sound component by eliminating the body sound component achieved by storing the drive train externally. This However, the process is not only very complex, it also carries the risk serious measurement error in itself, since the original vibration behavior the vehicle is significantly affected.
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein möglichst genaues und einfaches Verfah ren zur Bestimmung des Luftschallanteiles eines im Fahrbetrieb entstehen den Schallfeldes im Fahrgastraumes eines Kraftfahrzeuges zu schaffen.It is an object of the invention to ensure that the procedure is as accurate and simple as possible Ren to determine the airborne sound component of a while driving to create the sound field in the passenger compartment of a motor vehicle.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des einzigen Patentanspruchs ge löst.This task is ge by the features of the only claim solves.
Erfindungsgemäß wird folgendermaßen verfahren:The procedure according to the invention is as follows:
In einem ersten Schritt wird durch mehrere Mikrofone das Schallfeld insbe sondere in Form von Schalldruckspektren außerhalb des Fahrzeugs im Fahrbetrieb gemessen. Dazu werden die Mikrofone, vorzugsweise mittels eines an die Fahrzeuggröße anpaßbaren Meßgerüstes, gleichmäßig um das Fahrzeug verteilt angeordnet. Die notwendige Anzahl der Mikrofone für das erfindungsgemäße Verfahren hängt insbesondere von der höchsten Fre quenz des Meßbereichs ab. Bei Meßversuchen hat sich herausgestellt, daß der Meßbereich vorzugsweise unterhalb 1000 Hz gewählt wird, da hierbei die stärkste Überlagerung von Luftschallanteil und Körperschallanteil vor liegt. Für diesen Meßbereich haben sich empirisch ca. 80 Mikrofone als be sonders vorteilhaft herausgestellt. Vorzugsweise wird die Messung des Schallfeldes im Fahrbetrieb in einer von Störgeräuschen weitgehend befrei ten Meßhalle durchgeführt, in der das Fahrzeug auf einer Rolle betrieben werden kann. Das Verfahren kann auch für die Bestimmung des Windgeräu sches durch Messen in einem Akustik-Windkanal verwendet werden.In a first step, the sound field is emphasized by several microphones especially in the form of sound pressure spectra outside the vehicle in the Driving operations measured. For this purpose, the microphones, preferably by means of a measuring scaffold that can be adapted to the size of the vehicle, evenly around the Vehicle arranged distributed. The necessary number of microphones for that The inventive method depends in particular on the highest Fre sequence of the measuring range. During tests, it was found that the measuring range is preferably selected below 1000 Hz, since this is the case the strongest superposition of airborne noise and structure-borne noise lies. For this measuring range, approximately 80 microphones have been empirically shown to be turned out to be particularly advantageous. Preferably, the measurement of the Sound field in driving operation in a largely free of noise ten measuring hall carried out in which the vehicle operated on a roll can be. The method can also be used to determine wind noise be used by measuring in an acoustic wind tunnel.
In einem zweiten Schritt wird mit denselben Mikrofonen das Schallfeld au ßerhalb des Fahrzeugs bei ruhendem Fahrzeug, d. h. bei Stillstand des Fahrzeugs und bei ausgeschaltetem Motor, mit einer Schallanregung durch mindestens einen außerhalb des Fahrzeugs angebrachten Lautsprecher gemessen.In a second step, the sound field is amplified using the same microphones outside the vehicle when the vehicle is stationary, d. H. when the Vehicle and with the engine switched off, with sound excitation at least one loudspeaker installed outside the vehicle measured.
In einem dritten Schritt findet eine Messung des Schallfeldes im Fahr gastraum ebenfalls bei ruhendem Fahrzeug durch mindestens ein im Fahr gastraum angebrachtes Mikrofon mit einer Schallanregung durch denselben Lautsprecher wie beim zweiten Schritt statt.In a third step, the sound field is measured while driving guest room also when the vehicle is stationary by at least one in the driving microphone attached to the guest room with sound excitation by the same Speakers as in the second step instead.
Sowohl für den zweiten als auch für den dritten Schritt gilt, daß gleichzeitig mit der Schallanregung des Lautsprechers dessen Membranbeschleunigung mitgemessen wird. Soll eine Schallanregung mit mehreren Lautsprechern vorgesehen sein, können die Messungen der Schallfelder nacheinander mit einer Schallanregung durch jeden einzelnen Lautsprecher vorgenommen werden. Anstelle der Verwendung einer Vielzahl von Lautsprechern kann jedoch auch derselbe Lautsprecher an verschiedenen Positionen verwendet werden. For both the second and the third step, the same applies with the sound excitation of the loudspeaker, its membrane acceleration is also measured. Should be a sound excitation with several speakers the measurements of the sound fields can be provided one after the other sound excitation by each individual loudspeaker will. Instead of using a variety of speakers however, the same speaker is used in different positions will.
Mit den Schritten 1 bis 3 sind die für das erfindungsgemäße Verfahren erfor derlichen Messungen abgeschlossen. Im folgenden werden beim erfin dungsgemäßen Verfahren ausschließlich Berechnungen vorgenommen.With steps 1 to 3, those for the method according to the invention are required measurements completed. The following are the inventions The method according to the invention is only used for calculations.
Dabei werden in einem vierten und einem fünften Schritt einerseits die Übertragungsfunktion zwischen jedem außerhalb des Fahrzeugs angebrach ten Mikrofon und jedem außerhalb des Fahrzeugs angebrachten Lautspre cher und andererseits die Übertragungsfunktion zwischen jedem im Fahr gastraum angebrachten Mikrofon und jedem außerhalb des Fahrzeugs an gebrachten Lautsprecher rechnerisch ermittelt.In a fourth and a fifth step, the Transfer function between everyone outside the vehicle microphone and any loudspeaker placed outside the vehicle cher and on the other hand the transfer function between everyone in the driving attached microphone and everyone outside the vehicle speakers brought up by calculation.
In einem letzten Schritt wird der Luftschallanteil des Schallfeldes, der im Fahrgastraum bei Fahrbetrieb vorliegen würde, aus den beiden berechneten Übertragungsfunktionen bzw. aus den beiden Sätzen von berechneten Transferfunktionen und dem außerhalb des Fahrzeugs im Fahrbetrieb ge messenen Schallfeld ermittelt.In a final step, the airborne sound component of the sound field, which is in the Passenger compartment would exist when driving, calculated from the two Transfer functions or from the two sets of calculated Transfer functions and the ge outside of the vehicle while driving measured sound field.
Ergänzend wird darauf hingewiesen, daß die Ortsauflösung vor allem von der Anzahl der Mikrofone außen, vorzugsweise 80-100, sowie von der An zahl der Lautsprechermessungen, vorzugsweise ca. 10, abhängt.In addition, it is pointed out that the spatial resolution is mainly from the number of microphones outside, preferably 80-100, and the number number of speaker measurements, preferably about 10, depends.
Zusammengefaßt wird durch die Erfindung zur Bestimmung des Luft schallanteils im Fahrgastraum bei ruhendem Fahrzeug, d. h. wenn kein Kör perschallanteil erzeugt wird, außerhalb des Fahrgastraumes ein Schallfeld erzeugt, welches dem bei Fahrbetrieb entspricht. Durch dieses erfindungs gemäße Verfahren ist kein Eingriff in die Konstruktion des Fahrzeuges erfor derlich. Hierdurch werden sowohl Kosten als auch Entwicklungszeiten für die Untersuchung der Maßnahmen zur Dämmung des Luftschallanteils ein gespart.Is summarized by the invention for determining the air sound component in the passenger compartment when the vehicle is at rest, d. H. if no body sound component is generated, a sound field outside the passenger compartment generated, which corresponds to that when driving. Through this fiction According to the procedure, no intervention in the construction of the vehicle is required such. As a result, both costs and development times for the investigation of measures for the insulation of airborne noise saved.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigtIn the drawing, an embodiment of the invention is shown. It shows
Fig. 1.1 die Definition einer Anzahl sowie der Orte der verwendeten Mikrofone und Lautsprecher bzw. Lautsprecherpositionen, Fig. 1.1, the definition of a number and the locations of the microphones used and speakers or speaker positions,
Fig. 1.2 bis Fig. 1.5 ein Beispiel für das erfindungsgemäße Verfahren in Matrixdar stellung, mit drei Mikrofonen außerhalb des Fahrzeugs, mit zwei Mikrofonen im Fahrgastraum und mit zwei Lautsprecher positionen bzw. zwei Lautsprechern außerhalb des Fahrzeugs in vier wesentlichen Schritten. Fig. 1.2 to Fig. 1.5 an example of the inventive method in matrix representation, with three microphones outside the vehicle, with two microphones in the passenger compartment and with two loudspeaker positions or two loudspeakers outside the vehicle in four essential steps.
Üblicherweise werden Schallfelder in Form von Schalldruckspektren ermit telt. In Fig. 1.1 ist anstelle eines Frequenzbereichs als Beispiel die Frequenz f = 300 Hz angegeben. Anstelle des Schallfeldes p (f) in Form eines Schalldruckspektrums wird zur Vereinfachung der Darstellung eines Schall feldes der Schalldruck p bei einer festen Frequenz von (z. B.) f = 300 Hz verwendet. Ebenso soll auch die Membranauslenkung nur für die Schallan regung mit einer einzigen Frequenz, z. B. ebenfalls 300 Hz, dargestellt wer den, während in der Praxis als Schallanregung vorzugsweise weißes Rau schen verwendet wird.Sound fields are usually determined in the form of sound pressure spectra. In Fig. 1.1 the frequency f = 300 Hz is given as an example instead of a frequency range. Instead of the sound field p (f) in the form of a sound pressure spectrum, the sound pressure p at a fixed frequency of (e.g.) f = 300 Hz is used to simplify the representation of a sound field. Likewise, the membrane deflection is only for the Schallan excitation with a single frequency, for. B. also 300 Hz, who is shown, while in practice white noise is preferably used as sound excitation.
In Fig. 1.1 sind die außerhalb des Fahrzeugs angeordneten Mikrofone mit K, die im Fahrgastraum angeordneten Mikrofone mit L und die außerhalb des Fahrzeugs angeordneten Lautsprecher bzw. Lautsprecherpositionen mit J bezeichnet. Gemäß dem Ausführungsbeispiel sind außerhalb des Fahrzeugs drei Mikrofone, nämlich oben, rechts und links, angeordnet. Die diesen drei Mikrofonen zugeordneten Schallfelder bzw. Schalldruckwerte p sind daher mit den Indizes Ko, Kr, und Kl gekennzeichnet. Innerhalb des Fahrzeugs, d. h. im Fahrgastraum, sind zwei Mikrofone, vorzugsweise an den Kopfstützen des Fahrers und des Beifahrers vorgesehen. Die diesen Mikrofonen zuge ordneten Schallfelder bzw. Schalldruckwerte p erhalten die Indizes Lf und Lb. Die zwei Lautsprecher außerhalb des Fahrzeugs werden durch einen Laut sprecher an zwei Positionen, nämlich bezogen auf die Fahrtrichtung vor und hinter dem Kraftfahrzeug, vorgesehen. Die Schallfelder bzw. Schalldruckwer te p, die aufgrund der Schallanregung durch den Lautsprecher J an je einer dieser beiden Positionen ermittelt werden, erhalten die Indizes Jv bzw. Jh.In FIG. 1.1, the microphones arranged outside the vehicle are denoted by K, the microphones arranged in the passenger compartment by L and the loudspeakers or loudspeaker positions arranged outside the vehicle by J. According to the exemplary embodiment, three microphones, namely top, right and left, are arranged outside the vehicle. The sound fields or sound pressure values p assigned to these three microphones are therefore identified by the indices K o , K r , and K l . Inside the vehicle, ie in the passenger compartment, two microphones are provided, preferably on the headrests of the driver and the front passenger. The sound fields or sound pressure values p assigned to these microphones are given the indices L f and L b . The two loudspeakers outside the vehicle are provided by a loudspeaker in two positions, namely in relation to the direction of travel in front of and behind the motor vehicle. The sound fields or sound pressure values te p, which are determined on the basis of the sound excitation by the loudspeaker J at each of these two positions, are given the indices J v and J h .
In Fig. 1.2 wird in einem ersten Schritt das Schallfeld in Form von Schalldruckwerten p außerhalb des Fahrzeugs im Fahrbetrieb, vorzugsweise auf einer Rolle in einem Meßraum, mit den Mikrofonen oben, rechts und links bezogen auf das Fahrzeug in Fahrtrichtung gemessen. In einem hier nicht dargestellten Rechner wird das Ergebnis dieser Messung (pfahr,Ko, pfahr,Kr, pfahr,Kl) in einer "Matrix" dargestellt, die eine Spalte und drei Zeilen aufweist. Ergänzend wird darauf hingewiesen, daß im Fahrbetrieb lediglich die von außen in den Fahrgastraum eindringenden Schallfelder ermittelt werden. Eine Schallanregung durch die Lautsprecher bzw. den Lautsprecher an den verschiedenen Positionen findet noch nicht statt.In a first step in FIG. 1.2, the sound field is measured in the form of sound pressure values p outside the vehicle in driving operation, preferably on a roll in a measuring room, with the microphones at the top, right and left in relation to the vehicle in the direction of travel. In a computer not shown here, the result of this measurement (p fahr, Ko , p fahr, Kr , p fahr, Kl ) is shown in a "matrix" which has one column and three rows. In addition, it is pointed out that only the sound fields penetrating into the passenger compartment from outside are determined during driving operation. There is no sound excitation by the loudspeaker or the loudspeaker at the various positions yet.
Gemäß Fig. 1.3 wird in einem zweiten Schritt das Schallfeld in Form von Schalldruckwerten p außerhalb des Fahrzeugs mit den Mikrofonen oben, rechts und links bei ruhendem Fahrzeug bzw. bei Motorstillstand zweimal, nämlich erstens auf die Schallanregung durch den Lautsprecher auf der Position hinten (pstill,Jh,Ko, pstill,Jh,Kl) und zweitens auf die Schallanre gung durch den Lautsprecher auf der Position vorne (pstill,Jv,Ko, pstill,Jv,Kr, pstill,Jv,Kl,) hin, gemessen. Gleichzeitig werden die Membranauslenkungen des Lautsprechers während der Schallanregung mitgemessen (astill,Jh, astill, Jv).Referring to FIG. 1.3, the sound field in the form of sound pressure levels p is outside the vehicle with the microphones above, the right and left in the vehicle is stationary or when the motor stops twice in a second step, namely, first, the noise excitation by the speaker on the rear position (p still, Jh, Ko , p still, Jh, Kl ) and secondly to the sound excitation by the loudspeaker at the front position (p still, Jv, Ko , p still, Jv, Kr , p still, Jv, Kl ,) , measured. At the same time, the diaphragm deflections of the loudspeaker are also measured during sound excitation (a still, Jh , a still, Jv ).
Aus dem Quotienten der jeweils gemessenen Schalldruckwerte p und Mem branauslenkungswerte a wird die Übertragungsfunktion Taußen in Form einer Matrix gebildet, die entsprechend der Anzahl der Lautsprecher bzw. Laut sprecherpositionen zwei Spalten und entsprechend der Anzahl der Mikrofo ne außerhalb des Fahrzeugs drei Zeilen aufweist.From the quotient of the respectively measured sound pressure values p and membrane deflection values a, the transfer function T outside is formed in the form of a matrix which, according to the number of speakers or speaker positions, has two columns and, according to the number of microphones, has three lines outside the vehicle.
In Fig. 1.4 wird analog zum zweiten Schritt in einem dritten Schritt das Schallfeld innerhalb des Fahrzeuges mit den Mikrofonen am Fahrer- und Beifahrersitz bei ruhendem Fahrzeug bzw. bei Motorstillstand gemessen. Auch hier werden zwei Messungen auf die Schallanregungen des Lautspre chers jeweils an den beiden Positionen vorne (pstill,Jv,Lf, pstill,Jv,Lb) und hinten (pstill,Jh,Lf, pstill,Jh,Lb) durchgeführt. Wieder werden gleichzeitig auch die Mem branauslenkungen des Lautsprechers (astill,Jh, astill,Jv) miterfaßt.In Fig. 1.4, analogous to the second step, the sound field inside the vehicle is measured in a third step using the microphones on the driver and front passenger seats when the vehicle is stationary or when the engine is stopped. Here, too, two measurements are carried out on the sound excitations of the speaker at the two positions in front (p still, Jv, Lf , p still, Jv, Lb ) and in the back (p still, Jh, Lf , p still, Jh, Lb ) . Again, the membrane deflections of the loudspeaker (a still, Jh , a still, Jv ) are also recorded.
Während nach Fig. 1.3 die Übertragungsfunktion Taußen zwischen jedem au ßerhalb des Fahrzeugs angebrachten Mikrofon und jedem außerhalb des Fahrzeugs angebrachten Lautsprecher gebildet wird, wird gemäß Fig. 1.4 die Übertragungsfunktion Tinnen zwischen jedem im Fahrgastraum angebrach ten Mikrofon und jedem außerhalb des Fahrzeugs angebrachten Lautspre cher gebildet. Hierdurch ergibt sich eine Matrix, die entsprechend der Anzahl der Lautsprecher zwei Spalten und entsprechend der Anzahl der Mikrofone im Fahrgastraum zwei Zeilen aufweist.While according to FIG. 1.3, the transfer function T outside au between each ßerhalb of the vehicle-mounted microphone and each mounted outside the vehicle speaker is made, the transfer function T is shown in FIG. 1.4 internally mounted between each of the passenger compartment is interrupted th microphone and each outside of the vehicle loudspeaker cher formed. This results in a matrix which has two columns in accordance with the number of loudspeakers and two lines in accordance with the number of microphones in the passenger compartment.
In Fig. 1.5 findet die eigentliche Bestimmung des Luftschallanteils des im Fahrbetrieb entstehenden Schallfeldes im Fahrgastraum eines Fahrzeug statt. Dieser Luftschallanteil wird in Form eines Schallfeldes, im speziellen Ausführungsbeispiel in Form von Schalldruckwerten pfahr,Lf und Pfahr,Lb be rechnet. Hierbei wird das Produkt aus der Übertragungsfunktion Tinnen, der invertierten Übertragungsfunktion Taußen -1 und dem in Form einer Spalte in Fig. 1.2 dargestellten, außerhalb des Fahrzeugs im Fahrbetrieb gemesse nen Schallfeld gebildet. Ergänzend wird darauf hingewiesen, daß die Über tragungsfunktion Taußen in Form der Matrix gemäß Fig. 1.3 überbestimmt ist, so daß sie nach dem bekannten Verfahren der Pseudoinversen invertiert werden muß.In Fig. 1.5, the actual determination of the airborne sound component of the sound field generated during driving takes place in the passenger compartment of a vehicle. This airborne sound component is calculated in the form of a sound field, in the special exemplary embodiment in the form of sound pressure values p fahr, Lf and P fahr, Lb. Here, the product is formed from the transfer function T inside , the inverted transfer function T outside -1 and the sound field measured outside the vehicle when driving, shown in the form of a column in FIG. 1.2. In addition, it is pointed out that the transfer function T outside is overdetermined in the form of the matrix according to FIG. 1.3, so that it must be inverted according to the known method of pseudo inverses.
Aus dieser Berechnung ergibt sich gemäß dem Ausführungsbeispiel ein Schallfeld in Form von zwei Druckwerten, das ortsaufgelöst dem Luft schallanteil im Fahrgastraum am Fahrer- und Beifahrersitz bei Fahrbetrieb entspricht.According to the exemplary embodiment, this calculation yields a Sound field in the form of two pressure values that are spatially resolved to the air Noise level in the passenger compartment on the driver and front passenger seats during operation corresponds.
Bei diesem Ausführungsbeispiel handelt es sich nicht um ein Ausführungs beispiel im strengen Sinne, sondern vielmehr um eine Beschreibung der prinzipiellen Vorgehensweise anhand eines stark reduzierten Modells. In der Realität ist K≧80 und J≧10.This embodiment is not an embodiment example in the strict sense, but rather a description of the basic approach based on a greatly reduced model. In the Reality is K ≧ 80 and J ≧ 10.
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